量子计算机编程：从入门到实践

24

｜

第

2

章

以稍微不同的方式旋转量子比特。

图

2-13

用圆形表示法展示了

ROTX(45)

和

ROTY(45)

在

|

0

⟩

态和

|

1

⟩

态上的应用效果。

图 2-13：在 |0

⟩

态和 |1

⟩

态上应用

ROTX

和

ROTY

图

2-13

中的效果不太容易理解，至少不像

PHASE

那样直观。这两个指令的名称来源于单

量子比特状态的另一种常见的可视化表示，即

布洛赫球

（

Bloch sphere

）。在布洛赫球表示

法中，单个量子比特是由三维球面上的某个点表示的。本书没有使用布洛赫球表示法，而

是使用了圆形表示法，这是由于布洛赫球表示法不能很好地表示多个量子比特。但是为了

满足你的好奇心，我们简单介绍一下。如果用布洛赫球表示一个量子比特，那么

ROTX

和

ROTY

分别表示围绕球体的

x

轴和

y

轴旋转量子比特。由于本书在表示量子比特时使用两个

圆而不是球体，因此

ROTX

和

ROTY

在圆形表示法中就失去了意义。实际上，

PHASE

对应于

绕

z

轴旋转，它在布洛赫球表示法中相当于

ROTZ

。

2.4

　复制

：

缺失的指令

有一个指令可用于传统计算机，但

不能

在

QPU

中实现。尽管可以通过反复创建得到一个

已知状态

的多个副本

8

，但是在状态不确定的情况下，无法通过量子计算来部分复制某个状

态。这种约束是由控制量子比特的基本物理定律所导致的。

缺失复制指令无疑会带来不便，但正如我们将在后文中了解到的，

QPU

的其他能力足以弥

补这一不足。

2.5

　组合

QPU

指令

我们已经了解的指令有

NOT

、

HAD

、

READ

、

WRITE

和

PHASE

。值得一提的是，和传统的逻辑运

算指令一样，可以结合这些指令来实现其中每一个指令，甚至创建出全新的指令 ...